Początek 2021 roku przynosi nam wiele nowych informacji o programie Starship, którego rozwój konsekwentnie nabiera tempa.
Na moment publikacji wpisu jesteśmy tuż przed testowym lotem prototypu SN9, którego celem będzie przede wszystkim historyczne dla całego projektu lądowanie ze spadku swobodnego, tj. poprzedzone manewrem zwanym „belly flop”, podczas którego Starship wykonuje, nisko nad ziemią, gwałtowny obrót z pozycji poziomej do pionowej, by osiąść powoli na ogniu silników Raptor, w sposób zbliżony do pierwszego stopnia rakiety Falcon.
Udane lądowanie Starshipa byłoby niewątpliwie „wisienką na torcie” styczniowych postępów zespołu w Boca Chica, lecz nawet w przypadku przesunięcia testu na początek lutego, nikt nie powinien narzekać na stagnację.
Styczeń rozpoczął się zaskakującym tweetem Elona Muska, w którym CEO SpaceX nonszalancko oznajmił, że booster SuperHeavy (planowany jako najpotężniejsza rakieta nośna w historii) nie będzie lądować analogicznie do Falconów, lecz zostanie przechwycony w locie przez ramię wieży startowej.
Dzięki temu możliwe stanie się delikatne i bardzo precyzyjne umieszczenie SuperHeavy na platformie startowej, pozwalające momentalnie podłączyć booster do infrastruktury tankowania. Równolegle, zintegrowany z więżą dźwig będzie mógł już montować drugi stopień (czyli statek Starship) – wg Muska, cała procedura ma być możliwa do przeprowadzenia w ciągu godziny.
Mechanizm przechwytywania boostera nie został jeszcze oficjalnie zaprezentowany – Musk ujawnił jedynie, że znajdujące się w górnej części rakiety lotki sterujące zostaną wzmocnione i posłużą za „haki”, którymi lądujący SuperHeavy wceluje w „mechanizm łapiący” wieży startowej, by zawisnąć nad ziemią.
SuperHeavy, widok od dołu na rozłożone lotki sterujące – wizja artystyczna. [@Neopork85 via Twitter.com]
Takie rozwiązanie ma dwie podstawowe przewagi nad „klasycznym” przyziemieniem:
pozwala zrezygnować z masywnych nóg do lądowania (duża oszczędność paliwa);
redukuje obciążenia konstrukcji na osi pionowej, ponieważ opierając wagę rakiety na „wieszaku”, da się płynnie amortyzować jej zatrzymanie, używając w tym celu mechanizmu absorpcji zintegrowanego z więżą.
Już po dwóch dobach od tweeta Muska pojawiło się w sieci wiele sugestii, jak mechanizm łapania boostera miałby wyglądać.
Tu np. użytkownik Twittera proponuje wykorzystanie lin do zamortyzowania lądowania:
By dowiedzieć się, na ile powyższa koncepcja bliska jest wizji Muska, będziemy jednak musieli poczekać do publikacji oficjalnych animacji. Nie jest wykluczone, że inżynierowie SpaceX sami jeszcze nie wiedzą, jaka dokładnie metoda będzie optymalna.
Natomiast testowanie różnych rozwiązań na zasadzie „rozpoznania walką” jest największą „siłą napędową” SpaceX. Takie właśnie podejście zaowocowało wykorzystaniem stali (zamiast włókna węglowego, tytanu czy specjalnych stopów aluminium) jako głównego materiału konstrukcyjnego Starshipa – dzięki temu kolejne prototypy mogą powstawać w bezprecedensowym tempie, a modyfikacje wcześniejszych założeń wdrażane są niezwykle (jak na branżę kosmiczną) szybko. Dlatego też implementacja rozwiązania problemu, który odpowiadał za awarię silnika SN8 w ostatniej fazie lądowania (spadek ciśnienia w zbiorniku ciekłego metanu), mogła być wdrożona w SN9, choć ten był już niemal ukończony.
Grudniowy sukces testu SN8 [link prowadzi do oficjalnego video SpaceX – można się z niego dowiedzieć, dlaczego test był sukcesem, pomimo braku miękkiego przyziemienia] sprawił jednak, że zespół ma obecnie dużą pewność, iż najdalej lot SN10 (a wiele wskazuje, że już SN9) zakończy się udanym zweryfikowaniem założeń projektowych w kontekście kontroli nad lotem, a optymalnie również miękkim lądowaniem – przekonanie o prawidłowości obranego kierunku jest na tyle duże, że SpaceX zdecydował się na przerwanie konstrukcji SN12. Obecnie scenariuszem najbardziej prawdopodobnym jest dokończenie SN11 i „przeskok” od razu do SN15.
Na marginesie…
Pominięcie w lotach SN13 oraz SN14 było przeze mnie prognozowane przy okazji rozważań na moim tagu autorskim na Wykop.pl, lecz rezygnacja z SN12 to spore zaskoczenie – być może (ale to czysta spekulacja) niektóre jego komponenty zostaną poddane „recyklingowi” i wykorzystane w późniejszych prototypach lub do ukończenia makiety Starshipa w wersji lądownika księżycowego:
Po lewej: “nos” makiety Starshipa, stylizowanej na wariant lądownika księżycowego w programie NASA Artemis. Po prawej: wizualizacja lądownika. [SpaceX]
Nie jest wykluczone, że SpaceX będzie kontynuował prace nad „księżycowym Starshipem” niezależnie od finansowania NASA (agencja powinna w lutym* ogłosić finalistów przetargu na lądownik programu Artemis – obecnie o miejsce w finale konkurują 3 firmy), chcąc wykonać bezzałogowe lądowanie na srebrnym globie bez oglądania się na administrację USA oraz jej aktualne plany.
*update: termin został przesunięty na kwiecień.
*update 2: NASA wybrała Starshipa jako lądownik załogowy programu Artemis!
SpaceX będzie zatem dysponować dwoma (lub trzema, jeśli SN9 przetrwa swój lot – to może się okazać w ciągu kilkunastu godzin od publikacji wpisu) prototypami w wersji przed-orbitalnej. Jeśli bowiem przyjąć uzasadnione założenie, że SN15 montowany jest jako pierwszy Starship, mający wystartować na szczycie SuperHeavy (którego montaż ukończony jest obecnie w około 80%, a zatem ujrzymy go w całej okazałości najpóźniej w marcu), to głównym zadaniem modeli 15-17 w kontekście rygoru testów będzie przetrwanie lotu orbitalnego. [EDIT – aktualizacja marcowa: wiadomo już, że dziewiczy lot orbitalny ma planowo wykonać SN20, modele SN9-SN11 nie przetrwały prób swoich lądowań, natomiast SN15 wyznacza początek kolejnej generacji prototypów, znacząco usprawnionej w stosunku do modeli SN8-SN11 oraz wykorzystującej nowe, produkcyjne wersje silników Raptor.]
Jest to oczywiście znacznie większe wyzwanie technologiczne niż lądowanie z wysokości kilkunastu czy kilkudziesięciu kilometrów. Zasadnicza różnica polega na kontrolowanym wyhamowaniu z prędkości orbitalnej, czyli ponownym wejściu w atmosferę pod odpowiednim kątem. Przy pierwszej próbie okaże się, czy eksperymentalne płytki izolacji termicznej dobrze spełniają swoją rolę (mocowanie warstwy termoizolacyjnej było wcześniej przyczyną tragicznej w skutkach katastrofy promu kosmicznego Columbia – podobna awaria w locie załogowym byłaby niewątpliwie poważnym ciosem dla SpaceX).
Wejście Starshipa w atmosferę – wizja artystyczna. [@SemrauDylan via Twitter]
Zaliczenie przez Starshipa orbity w tym roku byłoby ogromnym sukcesem i ważnym kamieniem milowym dla całego przemysłu kosmicznego.
Sukces na tym polu pozwoli też zespołowi SpaceX skupić się na następnym, trudnym wyzwaniu inżynieryjnym, jakim jest planowany na 2022 rok orbitalny transfer paliwa, niezbędny w lotach na Księżyc oraz Marsa – na opracowanie tej technologii firma Muska otrzymała też grant od NASA, która wiąże ze Starshipem własne plany (NASA planowała wstępnie użyć statku Dragon w wersji bezzałogowej oraz rakiety Falcon Heavy do wyniesienia ładunku na Marsa – tzw. misja Red Dragon – lecz Musk szybko doszedł do wniosku, że znacznie sensowniej będzie przeznaczyć te środki na „nowy, znacznie potężniejszy system”, jak ówcześnie opisywał Starshipa).
Starty z wody
W styczniu zostały też przez SpaceX zakupione dwie, „emerytowane”, oceaniczne platformy wiertnicze. Po ochrzczeniu ich Phobos i Deimos (tak, jak dwa marsjańskie księżyce) zostaną przekształcone w platformy dla Starshipa.
Co warte podkreślenia, platformy te nie będą stanowić analogii do bezzałogowych „barek”, wykorzystywanych już z powodzeniem do lądowania stopni nośnych Falconów. System Starship zakłada nie tylko lądowania, ale też starty z wody, a starty to cała infrastruktura paliwowa oraz dziesiątki osób personelu, który będzie prawdopodobnie zakwaterowany na platformie lub wspomagającym ją statku.
Koncepcja startów z oceanu nie jest przełomowa – w 1999 zrealizowana została pierwsza misja rosyjskiej rakiety Zenit z platformy Odyssey, która była operacyjna do 2014 roku, zaś w grudniu 2020 roku właściciel zapowiedział jej modernizację i wznowienie misji.
Rakieta Zenit startuje na orbitę geostacjonarną z platformy Odyssey. [zdjęcie: Steve Jurvetson]
Jakkolwiek starty z oceanu są technologicznie i logistycznie bardziej skomplikowane, oferują szereg zalet:
platforma może zostać umieszczona dokładnie na równiku, gdzie wystrzelona rakieta zyskuje najwięcej prędkości kątowej tytułem rotacji Ziemi (co równa się większemu udźwigowi), a dodatkowo nie trzeba zużywać paliwa na korygowanie pozycji względem równoleżników, by dostarczyć ładunek na orbitę geostacjonarną (pozwala to wynieść nawet o 25% cięższy ładunek w porównaniu ze startem z Przylądka Canaveral);
startując z równika można osiągnąć każdą płaszczyznę orbitalną, co dla SpaceX będzie szczególnie istotne pod kątem efektywnego rozmieszczenia satelitów Starlink;
przestrzeń powietrzna nad platformą może być łatwo wyłączona z ruchu lotniczego – praktycznie nie istnieje ryzyko przypadkowego jej naruszenia, co skutkowałoby koniecznością wstrzymania procedury startu (tak, jak miało to miejsce przy okazji testowego lotu SN8, już w trakcie przedstartowego odliczania).
Phobos i Deimos będą musiały zostać gruntownie przebudowane na potrzeby misji Starshipa, lecz w przyszłości należy spodziewać się więcej podobnych zakupów przez SpaceX – dwie platformy to jedynie początek, zważywszy na ambitne plany wykorzystania Starshipa do lotów typu Ziemia-Ziemia, po trajektorii balistycznej.
SpaceX planuje w ten sposób umożliwić kiedyś pasażerskie kursy pomiędzy kluczowymi metropoliami:
#DearMoon
Zanim jednak będziemy mogli oglądać pasażerskie loty Starshipem pomiędzy Nowym Jorkiem a Tokyo, na podróż wokół Księżyca wybierze się miliarder z Japonii, Yusaku Maezawa, który wsparł finansowo projekt Starship w jego wczesnej fazie. W rejs Starshipem Maezawa planuje zabrać artystów, reprezentujących różne dziedziny kultury i sztuki.
W ramach tego przedsięwzięcia styczeń także przyniósł pewne „medialne ożywienie”, choć powiązanie jest jedynie pośrednie, a właściwie potencjalne – mianowicie Jimmy Donaldson (znany też jako Mr Beast), jeden z najbardziej popularnych wśród młodej demografii youtuberów na świecie, rozpoczął szeroko zakrojoną akcję promocyjną, polegającą na możliwości umieszczenia na Księżycu dowolnego zdjęcia/filmu w formie cyfrowej, za kwotę 10 dolarów.
Na ten moment nie istnieje, co prawda, żadne oficjalne połączenie inicjatywy Donaldsona z Maezawą, lecz nie jest wykluczone, że wystąpi tu jakaś koordynacja, w celu inspiracji młodego pokolenia Księżycem oraz lotami w kosmos ogółem. Takie spekulacje uzasadnia fakt, że Maezawa obserwuje Donaldsona na Twitterze, a obserwuje on obecnie 100 osób, czyli relatywnie niewiele.
Tego, czy w istocie szykuje się tu jakiś rodzaj współpracy przy promocji #DearMoon możemy się jeszcze długo nie dowiedzieć. Przez kilka dni jednak wielu Internautów sugerowało, że Donaldson zostanie wręcz zaproszony jako uczestnik misji, co samo w sobie mogło wywołać pewną „presję” na Japończyku, by proces „rekrutacji” jego przyszłych współpasażerów nabrał w 2021 roku jakiejś dynamiki, a może również transparentności. Tym bardziej, że Maezawa zaliczył już w swoim kraju pewien „falstart”: najpierw ogłosił produkcję reality show, którego celem miało być wyłonienie 1 partnerki jego historycznej podróży, a gdy już zgłosiło się ponad 27 tys. chętnych kobiet, Maezawa wycofał się z pomysłu i przeprosił za „zamieszanie”.
Czy 2021 przyniesie choć jednego, potwierdzonego współuczestnika misji #DearMoon? Jeśli tak, to na pewno dowiecie się tego z mojego newslettera:)
Wystarczy zostawić maila, by najwygodniej śledzić postępy w rozwoju projektu Starship, innych przedsięwzięć SpaceX (z kolonią marsjańską na czele), a także zdobywać wiedzę z zakresu nauki i technologii, kluczowych dla międzyplanetarnych misji załogowych, jakich prawdopodobnie będziemy świadkami w tej dekadzie.
Masz pytania lub uważasz, że w moim wpisie znajduje się błąd/informacja nieprawdziwa? Nie wahaj się – napisz komentarz.
